Поскольку все большее внимание в строительной отрасли уделяется проектам с пониженным уровнем выбросов углекислого газа, все чаще в качестве решений предлагаются гибридные конструкции, сочетающие дерево со сталью или другими материалами. Компания Buro Happold принимает это к сведению и поддерживает...
Древесина обеспечивает универсальность и отличные сейсмические характеристики, а сталь - прочность и надежность соединений. Сочетание обоих материалов в вашем проекте часто является наиболее эффективным способом достижения оптимальных результатов.
Адаптивность
Гибридные конструкции часто обеспечивают более высокие эксплуатационные характеристики по сравнению с деревянными, однако их успех часто зависит от нескольких факторов, в том числе от того, насколько хорошо соединены компоненты и были ли они должным образом протестированы. В связи с такой сложностью и временными затратами, связанными с процессом проектирования, проектировщики должны уделить необходимое время разработке эффективной системы соединений и испытанию на нагрузки, с которыми они столкнутся в реальных условиях.
Поскольку владельцы зданий уделяют все больше внимания сокращению выбросов углекислого газа, специалисты в области инженерных конструкций стремятся к созданию эффективных конструкций с меньшим потреблением энергии, что является важной целью проектирования. Одним из методов достижения этой цели является сочетание панелей перекрытий из поперечно-клееной древесины (CLT) со стальным каркасом. Чтобы помочь более эффективно достичь этой цели, в данном исследовании оценивалось, какие гибридные сечения перекрытий из CLT и стали обеспечивают оптимальную эффективность при оценке по нескольким критериям принятия решений для сокращения выбросов парниковых газов на этапе производства.
Для эффективной работы необходимо максимально увеличить несущую способность гибридных компонентов. Для этого были опробованы различные методы повышения прочности соединения древесины и стали. Клеи оказались идеальным методом для соединения этих материалов вместе по сравнению с дюбельным крепежом и крепежом из перфорированных металлических пластин (PMPF). Для оценки прочности соединения материалов использовались небольшие образцы. Клеевые соединения оказались лучше на 82% по сравнению с дюбельным крепежом и крепежом PMPF, что привело к максимальной несущей способности на сдвиг гибридного компонента в 82%!
По мере роста спроса на деревянные и гибридные конструкции владельцы зданий, проектные группы и органы власти, обладающие соответствующей юрисдикцией, быстро адаптируются к ним. На этом вебинаре, записанном заранее, будут рассмотрены инновационные проекты, в которых гибридные системы из дерева и стали максимально используют преимущества каждого материала; также будут рассмотрены некоторые проблемы, связанные с включением гибридных элементов в высокие деревянные здания, а также их решения.
Энергоэффективность
Использование гибридных конструкций, сочетающих древесину со сталью или другими материалами, позволяет создавать более энергоэффективные здания. Такой подход позволяет сочетать эффективность конструкции с теплотой и гибкостью, которые обеспечивает дерево, а также с повышенной устойчивостью к сейсмическим и ветровым нагрузкам. Гибридная конструкция также помогает снизить уровень воплощенного углерода в зданиях.
Один из гибридных подходов к проектированию предполагает сочетание клееного бруса со стальными ребрами для создания гибридной ферменной конструкции. Сталь обеспечивает жесткость и прочность, необходимые для поддержки тонких деревянных элементов. Гибридная система предлагает экономичное решение, которое одновременно является простым и универсальным в применении. Древесина не всегда оптимально сочетается со сталью, поэтому при проектировании необходимо учитывать этот момент. Например, очень важно, чтобы деревянные элементы располагались вблизи верхнего пояса (на сжатие), а стальные оставались в нижнем поясе (на растяжение). Кроме того, соединения должны быть спроектированы таким образом, чтобы между компонентами не возникало тепловых зазоров. Также очень важно работать с производителями, которые понимают процессы производства как древесины, так и стали, поскольку детали их соединений значительно отличаются от стандартных стандартов AESS.
Древесина уже давно используется в строительстве, но только в последнее время она набирает обороты в качестве материала для возведения масштабных сооружений. Эта тенденция объясняется его преимуществами перед бетоном и сталью: среди этих преимуществ - универсальность в создании сложных форм без значительного увеличения стоимости. Эмалированная древесина позволяет архитекторам реализовать свой замысел и одновременно сэкономить на расходах.
Древесина обладает множеством преимуществ: она аккумулирует углерод и является возобновляемым ресурсом; ее эстетические качества превосходят сталь и бетон; однако древесине не хватает жесткости и прочности, которые необходимы высотным зданиям, поэтому инженеры часто комбинируют древесину с другими материалами, которые обеспечивают большую жесткость или несущую способность, чем могут предложить ее собственные материалы.
Наиболее распространенным способом крепления древесины к стали является использование клея. Были опробованы различные методы, включая дюбельные крепления и крепления с помощью перфорированных металлических пластин (PMPF). Недавнее исследование показало, что клеевые соединения обеспечивают более высокие эксплуатационные характеристики гибридных деревянно-стальных секций по сравнению с дюбелями (прочность на растяжение до 9 раз выше) и PMPF (в 5,55 раз больше прочности на сдвиг, чем у дюбелей). Кроме того, гибридные здания из стали и древесины могут снизить уровень воплощенного углерода в надстройке на 5-35% по сравнению со сталежелезобетонными зданиями.
Гибкость
Гибридные конструкции обеспечивают большую гибкость по сравнению с конструкциями из одного материала, используя преимущества древесины, когда это необходимо, и применяя другие материалы, когда это необходимо. Полы из перекрестно-ламинированной древесины (CLT) могут снизить выбросы углекислого газа, а стальные фермы - улучшить сейсмические характеристики. Использование нескольких материалов одновременно позволяет гибридным конструкциям балансировать между устойчивостью и прочностью - то, что необходимо учитывать в проектах, ориентированных на защиту окружающей среды.
Гибридное строительство - быстро развивающаяся область строительной инженерии, и для удовлетворения потребностей рынка постоянно создаются новые технические решения. Недавно компания Peikko выпустила стандартизированный ассортимент соединительных элементов для соединения древесины со сталью, призванный упростить проектирование гибридных конструкций и значительно облегчить инженерам создание надежных гибридных конструкций.
Однако многие эксперты признают, что существует ряд проблем, связанных с широким внедрением гибридных конструкций, особенно в Австралии, где высотные здания из дерева и стали не получили широкого распространения. Для борьбы с этими трудностями исследователи проводят несколько экспериментов, направленных на изучение потенциала Австралии в области гибридного деревянно-стального строительства.
Один из таких экспериментов включает в себя проверку характеристик гибридных балок из стали и древесины. Эти балки состоят из ламелей древесины сосны радиата и пихты Дугласа, которые приклеены к стальным секциям. В ходе исследований оценивается их устойчивость к изгибу, несущая способность и влияние типов клея, размеров/расположения/типа и т.д. для разработки более эффективных структурных проектов гибридных зданий из стали и древесины в Австралии.
Это исследование может оказать огромное преобразующее влияние на проектирование высотных зданий в Австралии. Цель состоит в том, чтобы снизить потенциал глобального потепления (GWP) за счет уменьшения использования бетона.
В строительной отрасли наблюдается международный сдвиг в сторону гибридных технологий строительства высотных зданий из стали и древесины, обусловленный различными факторами, включая географическое положение, назначение здания, высоту и другие переменные.
Устойчивое развитие
По мере того как строительная практика развивается в сторону более экологичных подходов, древесина становится востребованным строительным материалом, обладающим как экологическими, так и архитектурными преимуществами. К сожалению, прочность и долговечность древесины ограничивают возможности ее использования в некоторых проектах; чтобы максимально использовать ее в таких случаях, многие проектные группы обращаются к гибридным конструкциям, которые сочетают преимущества древесины с прочностью стали или бетона, чтобы создать идеальную гибридную конструкцию.
Гибридные конструкции также могут предложить значительные преимущества с точки зрения экологичности. Совместное использование различных материалов позволяет снизить общие выбросы углекислого газа и повысить энергоэффективность, обеспечивая гибкость, адаптивность и экономию средств. Сочетание дерева с бетонными конструкционными материалами может снизить стоимость строительства и ускорить процесс возведения зданий, однако для сохранения структурной целостности зданий необходимо выбирать соответствующие комбинации материалов.
Гибридные здания обеспечивают не только экономию углерода, но и повышенную сейсмостойкость по сравнению с традиционными сталебетонными конструкциями. В недавнем исследовании рассмотрены шесть передовых примеров гибридных конструкций, сочетающих стальной каркас и деревянные фермы для обеспечения сейсмостойкости. Результаты показали, что гибридные конструкции представляют собой более экологичные альтернативы и в то же время отвечают всем сейсмическим требованиям Кодекса AEC.
Деревянное строительство насчитывает тысячелетия; его возрождение в последнее время обусловлено повышенным вниманием к экологичности и снижению выбросов углекислого газа. Теперь все больше строительных компаний обращаются к древесине в рамках плана по борьбе с изменением климата и созданию более здоровой окружающей среды.
Компании Microsoft и Gensler совместно с Thornton Tomasetti недавно провели исследование, которое показало, что использование устойчивой древесины позволяет значительно снизить углеродный след центра обработки данных по сравнению с обычной стальной конструкцией и на 65 % по сравнению со сборным железобетоном. В сочетании с инновационными инженерными решениями и тщательным командным планированием гибридное строительство является привлекательным вариантом для строителей, стремящихся минимизировать воздействие проекта на окружающую среду.
Древесина - идеальный материал для высокоэффективных зданий, однако при проектировании необходимо тщательно учитывать ее сильные и слабые стороны. Инженеры должны понимать его сильные стороны (жесткость, долговечность), слабые стороны (проницаемость) и воздействие на окружающую среду, прежде чем приступать к его использованию. Гибридное строительство становится все более популярным решением, объединяющим преимущества различных материалов для создания уникальных конструкций с долговременной визуальной привлекательностью и функциональностью.
